Beschreibung
P 939 – Simulationsgestützte Erfassung von Humping und Randkerben unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichte im Schmelzbad
Die modernen Strahlverfahren wie Laserstrahl- und Elektronenstrahlschweißen erlauben einen exakt definierten Wärmeeintrag, der gerade beim Schweißen von anspruchsvollen Materialien und Materialkombinationen eine wichtige Rolle spielt. Durch neuartige Strahlquellen werden höhere Schweißgeschwindigkeiten möglich. Dadurch erhöht sich gleichzeitig die Intensität der Schmelzbaddynamik, was zum Auftreten von Nahtfehlern führt. In diesem Projekt sind insbesondere Humping-Effekte und die Entstehung von Randkerben simulativ für die Stahlsorten DC05 (1.0312) und X8CrMnNi19-6-3 (1.4376) untersucht worden. Dabei berücksichtigt das verwendete Simulationsmodell der Strömungsvorgänge im Schweißbad nicht nur die temperaturabhängige Dichteänderung, sondern auch die Bewegung der flüssigen, freien Oberfläche. Mit dem erweiterten Strömungsmodell ist es möglich, den isolierten Einfluss der einzelnen Parameter auf das Humping und die Randkerben zu untersuchen, sowie den Einfluss unterschiedlicher technischer Maßnahmen zur Vermeidung dieser unerwünschten Effekte festzustellen. Dies erlaubt es, eine Vorhersage über die Entstehung von Humping oder Randkerben mit höherer Genauigkeit zu treffen. Als wissenschaftlich-technisches Ergebnis des Projekts wurden, basierend auf der numerischen Untersuchung der Schweißprozesse, Parameterbereiche für hohe Schweißgeschwindigkeit untersucht, die einen humpingfreien Schweißprozess ermöglichen. Mit der Berücksichtigung der temperaturabhängigen Dichteänderung fasst das Modell alle wichtigen Parameter für die Abbildung der Schweißbaddynamik zusammen. Somit wurde erstmals eine Simulation der Schweißbaddynamik erreicht, die alle wesentlichen physikalischen Größen berücksichtigt. Trotz einer sehr guten qualitativen Übereinstimmung konnte keine ausreichende quantitative Übereinstimmung von Versuchs- und Simulationsergebnissen erreicht werden. Der Grund dafür liegt in den verwendeten Modellen der im Vorhaben vorgesehenen Software. Lösungsmöglichkeiten sind die Verwendung alternativer Softwarelösungen oder einer wesentlich feineren Vernetzung der Bauteile für die Simulation. Beide Varianten waren im Rahmen des Vorhabens aus zeitlichen Gründen nicht umsetzbar.
Veröffentlichung:
Januar 2019
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. U. Reisgen, Dipl.-Ing. A. Schiebahn
